Industrielle Signalverarbeitung, Industrielle Kommunikation, Industrial Ethernet

itsowl-IV: Clusterquerschnittsprojekt Intelligente Vernetzung

01.07.2012 bis 30.06.2017

Intelligente Technische Systeme werden in Zukunft in zunehmendem Maße in den unterschiedlichsten Anwendungen und Prozessen zu finden sein (Smart Factory, Smart Grid, Automobil, Gebäudeautomation, etc.). Dort sollen sie sich eigenständig vernetzen, untereinander autonom kom­mu­ni­zie­ren und ihren Zustand verlässlich ermitteln können. Die gesamte Integration sollte zukünftig idealerweise selbstkonfigurierend als Plug-and-play-Verfahren ohne jegliche Benutzerinteraktion erfolgen, um die zeitaufwendige und fehleranfällige manuelle Konfiguration der Systeme zu vermeiden. Neben der Selbstkonfiguration gewinnen die Zustandsdiagnose und Qualitätsüberwachung von komplexen, vernetzten Systemen basierend auf Sensor- und Informationsfusion zunehmend an Bedeutung, um die Möglichkeit der Erfassung des eigenen Zustands zu haben und darauf adaptiv reagieren zu können. Daraus resultiert ein System, welches fehlertoleranter und flexibler ist. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass zur Aufwandseinsparung und Fehlerreduzierung sowie damit verbundener Kostenersparnis durch Reduzierung von Ausfallzeiten ein Intelligentes Technisches System nicht nur aufgrund seiner mechanischen Konstruktion einfach in ein bestehendes System integrierbar sein muss, sondern insbesondere über neue Methoden der Selbstkonfiguration auf den drei Ebenen Konnektivität, Middleware und Anwendung verfügen und Selbstdiagnosemechanismen beinhalten muss.

Übergeordnetes Ziel des Clusterquerschnittsprojekt 3 – „Intelligente Vernetzung“ (itsowl-IV) ist es daher, die notwendigen Methoden und Basisarchitekturen für die Realisierung der Selbstkonfiguration und der Selbstdiagnose eines Intelligenten Technischen Systems zu erarbeiten. Die wichtigsten Anforderungen sind Interoperabilität, Verlässlichkeit, Selbstkonfiguration und Integrationsfähigkeit in res­sour­cen­be­schränk­te Geräte. Detailliertere Anforderungen werden basierend auf den in den Kernunternehmen durchgeführten Innovationsprojekten im Verlauf des Projekts ermittelt und analysiert. Im Projekt itsowl-IV sollen ein Entwurfsinstrumentarium für Kommunikationsprotokolle für die Vernetzung, Mechanismen zur Selbstkonfiguration auf den drei Ebenen Anwendung (Semantik), Middleware und Konnektivität sowie Verfahren zur Sensor- und Informationsfusion spezifiziert werden, die die Kernunternehmen für ihre Innovationsprojekte benötigen. Die Spezifikationen werden in Hard- und Soft­ware­kom­po­nen­ten im Rahmen einer Eva­luations­umgebung prototypisch realisiert, die von den Clusterpartnern für eigene Projekte genutzt werden kann. Für die Erreichung des Gesamtziels wurden auf Basis verschiedener Problemstellungen und Handlungsfelder die folgenden sieben Teilbereiche identifiziert und werden im Rahmen des Projektes bearbeitet.

  • Der Entwurf von Kommunikationsprotokollen auf Anwendungsebene soll mit modellbasierten Techniken unterstützt werden, da diese verschiedene Abstraktionen bieten und automatisierte Weiterverarbeitungen ermöglichen. Dafür soll eine Spezifikationstechnik für Kommunikationsprotokolle erstellt werden, mit der selbstkonfigurierende Kommunikation auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen modelliert werden kann.

  • Die semantische Selbstbeschreibungsfähigkeit erlaubt die Identifikation von Netzwerksignalen durch eine Selbstbeschreibungsfähigkeit zur Realisierung der Selbstkonfiguration. Sie ermöglicht die Gewinnung von semantischen Informationen über Kommunikationsteilnehmer und Kommunikationsnetzwerke, die als Grundlage für die Selbst­kon­fi­gu­ra­tions­fä­hig­keit bekannt sein müssen.

  • Der Entwurf und die Validierung einer Middleware, die sich in der dreischichtigen Architektur zwischen Anwendung und Konnektivität befindet, basiert auf existierenden Middleware-Ansätzen und soll die zu Projektbeginn identifizierten Anforderungen der IPs möglichst umfassend erfüllen. Sie dient im Wesentlichen zur Entkopplung der Softwaremodule der Anwendungsschicht von der darunter liegenden Netzwerktopologie.

  • Ein zur Laufzeit rekonfigurierbarer Echtzeit-Kommunikationskanal auf Netzwerkebene gewährleistet die deterministische Kommunikation. Er kann von existierenden Echtzeit-Ethernet-Systemen oder auch von Feldbussystemen wie CAN oder Flexray bereitgestellt werden. Die Rekonfigurierbarkeit zur Laufzeit und das dynamische Hinzufügen und Entfernen von (Teil-)Systemen oder Komponenten wird hierdurch ermöglicht.

  • Eine Entwicklungsmethodik zur Erstellung von Sensor- und Informationssystemen, die unter dem Gesichtspunkt der Ressourceneffizienz zu erforschende und entwickelnde Verfahren der Sensor- und Informationsfusion optimal auswählt und parametriert, soll bereitgestellt und validiert werden. Somit wird ein verlässlicher und nutzerfreundlicher Betrieb Intelligenter Technischer Systeme durch die Erfassung des Zustands des Systems selbst sowie eine Bewertung dessen ermöglicht.

  • Intelligente selbstadaptive Sensorsysteme sollen entworfen werden und eine zuverlässige Auskunft über den momentanen Zustand des Ereignisraumes ermöglichen. Diese Sensorsysteme beinhalten eine Reihe von Elementarsensoren und sollen sich den Eingangsgrößen des Ereignisraumes anpassen sowie die angestrebte Sensorsignalfusion ermöglichen.

  • Eine Evaluationsumgebung dient zur praxisnahen Validierung und Bewertung der im Rahmen des Projektes entwickelten Methoden und Konzepte. Gleichzeitig soll die Evaluationsumgebung als Technologieplattform für die in den Innovationsprojekten entwickelten Methoden und Systemkomponenten dienen. Durch die Integration neuer und etablierter Verfahren und Komponenten in eine gemeinsame Umgebung soll die Akzeptanz neuer Methoden bei den Industriepartnern gesteigert werden.

Das Projekt wird gefördert durch:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektträger: Projektträger Karlsruhe Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT)
Förderkennzeichen: 02PQ1020
Förderlinien: it’s OWL – Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen-Lippe
Projektbeteiligte / Ansprechpartner: Dr.-Ing. Lukasz Wisniewski
Projektmitarbeitende: Dr.-Ing. Uwe Mönks, Dr.-Ing. Lars Dürkop
Dr.-Ing. Lars Dürkop¹, Jahanzaib Imtiaz, M. Sc., Prof. Dr. Henning Trsek, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite
Service Oriented Architecture for the Auto-configuration of Real-Time Ethernet Systems
In: 3. Jahreskolloquium "Kommunikation in der Automation (KommA 2012), Nov 2012
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Prof. Dr. Sven Hinrichsen¹, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
INDUSTRIE 4.0 – Begriff, Stand der Umsetzung und kritische Würdigung
In: Betriebpraxis Arbeitsforschung, May 2013
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Ganesh Man Shrestha, M. Sc.¹, Jahanzaib Imtiaz, M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
An Optimized OPC-UA Transport Profile to Bringing Bluetooth Low Energy Device into IP Networks
In: 18th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (best WIP paper award), Sep 2013
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Cloud Computing for Industrial Automation Systems - A Comprehensive Overview
In: 18th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Sep 2013
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Uwe Mönks¹, Steffen Priesterjahn
Automated Fusion Attribute Generation for Conditioning Monitoring.
In: 23. Workshop Computational Intelligence, Dec 2013
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Jürgen Gausemeier¹, Dr. Roman Dumitrescu, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, Arno Kühn, Prof. Dr. Henning Trsek
Auf dem Weg zu Industrie 4.0: Lösungen aus dem Spitzencluster it´s OWL
In: Imagebroschüre des Spitzenclusters zum Thema Industrie 4.0, Mar 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite¹, Prof. Dr. Sven Hinrichsen²
Das Chamäleon der Montage
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Uwe Mönks¹, Prof. Dr.-Ing. Volker Lohweg²
Fast Evidence-based Information Fusion
In: 4th Internation Workshop on Cognitive Information, May 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Control-as-a-Service from the Cloud: A Case Study for using Virtualized PLCs
In: IEEE Workshop on Factory Communication Systems (WFCS’2014), May 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lars Dürkop¹, Prof. Dr. Henning Trsek, Jens Otto, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite
A field level architecture for reconfigurable real-time automation systems
In: 10th IEEE Workshop on Factory Communication Systems, May 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Prof. Dr. rer. nat. Oliver Niggemann¹, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Konzepte und Anwendungsfälle für die intelligente Fabrik
In: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, Jun 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Uwe Mönks¹, Prof. Dr. Henning Trsek, Dr.-Ing. Lars Dürkop, Volker Geneiß, Prof. Dr.-Ing. Volker Lohweg
Assisting the Design of Sensor and Information Fusion Systems
In: 2nd International Conference on System-integrated Intelligence, Jul 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Uwe Mönks¹
Industrie 4.0: Intelligente Vernetzung als integraler Bestandteil
In: nrw.uniTS trifft Produktion: IT'S – YOUR FUTURE!, Aug 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Fast Classification in Industrial Big Data Environments
In: 19th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Sep 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dipl.-Ing. Jan-Friedrich Ehlenbröker¹, Dr.-Ing. Uwe Mönks, Derk Wesemann, M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Volker Lohweg²
Condition Monitoring for Hazardous Material Storage
In: 19th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Sep 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Uwe Pohlmann¹, Prof. Dr. Henning Trsek, Dr.-Ing. Lars Dürkop, Stefan Dziwok, Felix Oestersötebier²
Application of an Intelligent Network Architecture on a Cooperative Cyber-Physical System: An Experience Report
In: 19th IEEE International Conference on Emerging Technology and Factory Automation (ETFA), Sep 2014
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Sebastian Schriegel¹, Prof. Dr. rer. nat. Oliver Niggemann, Jens Otto, Dr.-Ing. Lars Dürkop, Steffen Henning, M. Sc.²
Selbstkonfiguration in der Automation
In: VDI-Tagung Multisensorik in der Fertigungsmesstechnik 2015, Mar 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lars Dürkop¹, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay²
An Analysis of Real-Time Ethernets With Regard to Their Automatic Configuration
In: 11th IEEE World Conference on Factory Communication Systems (WFCS 2015), May 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Johannes Ax¹, Aurel Buda, Daniel Schneider, John Hartfiel, Dr.-Ing. Lars Dürkop, Prof. Dr. habil. Thorsten Jungebluth, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, Andreas Vedral, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rückert²
Universelle Echtzeit-Ethernet Architektur zur Integration in rekonfigurierbare Automatisierungssysteme
In: GI-Edition - Lecture Notes in Informatics (LNI): INFORMATIK 2015, Sep 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lukasz Wisniewski¹, Dipl.-Ing. Markus Schumacher,, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, Prof. Dr.-Ing. Christian Diedrich²
Increasing Flexibility of Time Triggered Ethernet based Systems by Optimal Greedy Scheduling Approach
In: 20th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Sep 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Utilizing OPC UA as comprehensive communication technology for Cyber Physical Production Systems
In: 9th International Workshop on Service-Oriented Cyber-Physical Systems in Converging Networked Environments (SOCNE), Sep 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Analyzing the engineering effort for the commissioning of industrial automation systems
In: 20th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Sep 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Analyse des Inbetriebnahmeaufwandes von industriellen Produktionsanlagen anhand von Anwendungsbeispielen
In: KommA 2015 – Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation, Oct 2015
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lars Dürkop¹, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
„Plug Produce“ als Anwendungsfall von Industrie 4.0
In: Handbuch Industrie 4.0, Feb 2016
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lukasz Wisniewski¹, Verena Wendt, Dipl.-Ing. Markus Schumacher,, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, Prof. Dr.-Ing. Christian Diedrich²
Scheduling of PROFINET IRT Communication in Redundant Network Topologies
In: 12th IEEE World Conference on Factory Communication Systems (WFCS 2016), May 2016
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Markus Rentschler¹, Prof. Dr. Henning Trsek, Dr.-Ing. Lars Dürkop
OPC UA extension for IP Auto-Configuration in Cyber-Physical Systems
In: 14th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN 2016), Jun 2016
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Markus Rentschler¹, Prof. Dr. Henning Trsek, Dr.-Ing. Lars Dürkop
IP Autokonfiguration für industrielle Netzwerkkomponenten in Industrie 4.0 Anwendungen basierend auf der OPC UA Protokollsuite
In: KommA 2016 – Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation, Oct 2016
¹ Erstautoren
² Letztautoren
Dr.-Ing. Lars Dürkop¹, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite²
Übertragbarkeit des PlugPlay-Prinzips aus der Informationstechnik auf die Automatisierungstechnik
In: KommA 2016 – Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation, Nov 2016
¹ Erstautoren
² Letztautoren
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